«IT meets Automation»

Transkript

1 «IT meets Automation» JAHRESBERICHT 2012 ANNUAL REPORT 2012

2 Inhalt / Content Vorwort / Foreword Institut für industrielle Informationstechnik (init) Institute Industrial IT (init) Forschungseinrichtung im Fachbereich Elektrotechnik und Technische Informatik der Hochschule Ostwestfalen-Lippe Research institute in the Department of Electrical Engineering and Computer Science of the Ostwestfalen- Lippe University of Applied Sciences Liebigstraße Lemgo Deutschland / Germany Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Internet: Mitglieder des Vorstands Members of the executive board Prof. Dr. Stefan Heiss (stellv. Institutsleiter / Deputy director of the institute) Prof. Dr. Jürgen Jasperneite (Institutsleiter / Director of the institute) Prof. Dr. Volker Lohweg Prof. Dr. Uwe Meier Prof. Dr. Oliver Niggemann Dipl.-Ing. Alexander Dicks Prof. Dr. Stefan Witte Mitglieder des wissenschaftlichen Beirats Members of the scientific advisory board Dipl.-Ing. Roland Bent (Geschäftsführer der Phoenix Contact GmbH & Co. KG / Executive Director of Phoenix Contact GmbH & Co. KG) Dr. Oliver Herrmann (Präsident der Hochschule Ostwestfalen-Lippe / President of Ostwestfalen- Lippe University of Applied Sciences) Dr. Peter Köhler (Vorstandssprecher der Weidmüller- Gruppe / CEO and spokesman of Weidmüller Group) Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 2012 Staff members 2012 M.Sc. Kaleem Ahmad B.Sc. Martyna Bator M.Sc. Dimitri Block B.Sc. Jan-Christopher Brand Dipl.-Ing. Eugen Breit B.Sc. Björn Czybik Dipl.-Ing. Alexander Dicks Dr. rer. nat. Helene Dörksen M.Sc. Jens Dünnermann Dipl.-Ing. Lars Dürkop Dipl.-Ing. Jan-Friedrich Ehlenbröker M.Sc. Eugen Gillich M.Sc. Stefan Hausmann Dipl.-Ing. Roland Hildebrand M.Sc. Jahanzaib Imtiaz B.Sc. Michael Jäger B.Sc. Roman Just M.Sc. Barath Kumar Dipl.-Inf. Jan Leif Hoffmann B.Sc. Benedikt Lücke M.Sc. Alexander Maier M.Sc. Uwe Mönks Dipl.-Math. Natalia Moriz B.Sc. Viktor Morlang Dipl.-Ing. Paul Neufeld M.A. Nissrin Arbesun Perez Heike Reckmann B.Sc. Nikolai Schetinin M.Sc. Mark Schäfermann Betriebswirt (VWA), MBA Jeanette Schilling Dipl.-Ing. Andreas Schmelter Dipl.-Ing. Markus Schumacher M.Sc. Stefan Schwalowsky M.Sc. Ganesh Man Shrestha M.Sc. Henning Trsek M.Sc. Karl Voth M.Sc. Derk Wesemann Dipl.-Ing. Gerhard Windmeier Mgr inz. Lukasz Wisniewski Jasmin Zilz 06 Organisation / Organisation 10 Entwicklung und Ziele / Development and Objectives 14 trustedit-testlabor / trustedit Lab 22 Lemgoer Modellfabrik / Lemgo Smart Factory 27 Forschungsprogramm / Research Program 30 Spitzencluster it s OWL / Leading-edge cluster it s OWL 32 it s OWL AWaPro 34 it s OWL IASI 36 it s OWL IGel 38 it s OWL InnovIIT 40 it s OWL InverSa 42 it s OWL IV 44 it s OWL ReSerW 46 Echtzeit-Bildverarbeitung / Real-time Image Processing 54 HardIP 56 microident 58 Sol-II 61 Industrielle Kommunikation / Industrial Communication 66 agilette 68 CAPRI 70 EfA 72 EtherCar 74 FITS 76 flexware 78 FuLOG 80 initial 82 IoT@Work 84 IsoMAC 86 KOBA 88 KOSYS 90 KraSS 92 PNO-IRT 94 SEC_PRO 96 T -mation 98 TPS VuTAT 102 ZUVIS 105 Intelligente Analyseverfahren in der Automation / Intelligent Analysis Techniques in Automation 110 AutASS 112 AVA 114 MaDiSec 117 Außendarstellung / Corporate Communication 118 Publikationen / Publications 121 Abschlussarbeiten / Theses 123 Highlights 2012 / Highlights Mitgliedschaften / Memberships 143 Mitarbeit in Gremien und Gutachtertätigkeit / Participation in Boards and Review Activities 145 Lage und Anfahrtsplan / Location and Access Route 147 Impressum / Imprint annual report

3 Vorwort / Foreword Vorwort / Foreword Liebe Partner, Freunde und Förderer des init, was die Deutschen 2012 bewegte, lässt sich gut in der Zeitgeist -Rangliste des Internet-Konzerns Google ablesen. Jährlich wird ausgewertet, welche Themen und Personen online am häufigsten gesucht wurden. Ganz oben rangieren sportliche Ereignisse, wie die Fußball-EM, die Olympischen Spiele oder der österreichische Extremsportler Felix Baumgartner mit seinem Fallschirmsprung in die Stratosphäre. Bestechlichkeitsvorwürfe und Rücktritt bescherten dem damaligen Bundespräsidenten Christian Wulff die höchsten Suchanfragen bei deutschen Politikern. Und weltweit war der Hurrikane Sandy demnach das bewegendste Ereignis. Im internen init-ranking läge sicher das folgende Ereignis ganz weit vorn: Die Ausrichtung des 9. IEEE International Workshop on Factory Communication Systems (WFCS 2012) in Lemgo. Diese Konferenz ist die größte Veranstaltung der IEEE im Bereich der industriellen Kommunikation. Hier wurde ein wichtiger Beitrag zur internationalen Sichtbarkeit und Vernetzung in der wissenschaftlichen Fachwelt geleistet. In über 60 Vorträgen wurden neueste Trends und Entwicklungen auf dem Gebiet der Industrieautomation beleuchtet. Bei besten Wetterbedingungen hat sich Ostwestfalen-Lippe für unsere internationalen Gäste auch bei den nichtfachlichen Veranstaltungen von der besten Seite gezeigt. Das derzeit am häufigsten benutzte Schlagwort in unserem Fachgebiet ist sicher Industrie 4.0. Verkürzt ausgedrückt wird darunter die Durchdringung der Produktionstechnik mit Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) verstanden. Wir fühlen uns bestätigt auf dem richtigen Weg zu sein und den Zeitgeist getroffen zu haben. Das zeigen nicht nur die reinen Zahlen und Fakten in diesem Bericht, sondern auch die aktuelle Diskussion und hohe Aufmerksamkeit in Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Denn genau hier setzen unsere Forschungsarbeiten seit der Institutsgründung an, mit IT meets Automation haben wir es nur anders umschrieben. Mit Hilfe der IKT-basierten Automation wollen wir einen Beitrag leisten, um die Fabrik der Zukunft wandlungsfähiger, ressourceneffizienter und benutzerfreundlicher zu machen. Hierdurch soll sowohl der deutsche Maschinen- und Anlagenbau als auch der Produktionsstandort Deutschland wettbewerbsfähig gehalten werden. Für die operativen Arbeiten in diesem Bereich bietet uns der Anfang 2012 gestartete BMBF-Spitzencluster Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe (it s OWL) einen exzellenten Rahmen. Als eines der drei regionalen Leistungszentren im Spitzen cluster arbeiten wir in derzeit sieben Projekten mit Unternehmen und anderen Forschungseinrichtungen an neuen Lösungen, um Produktionstechnik und Produkte intelligenter zu machen. Wichtige Grundlagen werden durch das Querschnittsprojekt Intelligente Vernetzung erarbeitet, welches durch das init geleitet wird. Höchstleistungen, wenn nicht sportlicher, dann aber geistiger Natur, stecken auch in den vielfältigen und herausfordernden Projekten, die uns das Jahr über begleitet haben. Mit Herzblut und Liebe zum Detail hat das gesamte Team hart daran gearbeitet, exzellente Ergebnisse zu erzielen. Und nun wünsche ich Ihnen, auch im Namen meiner Vorstandskollegen und allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, viel Freude und Anregungen beim Studium unserer ganz persönlichen Zeitgeist -Rangliste. Lemgo, im März 2013 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite (Institutsleiter) Dear partners, friends and supporters of init, things that moved the Germans in 2012 can be found in Google s Zeitgeist search list. Each year, the most searched-for topics and persons are evaluated and assessed. To the top search trends belong sporting events like Euro 2012, Olympic Games and Felix Baumgartner s jump from space s edge. Charge of corruption and resignation made Christian Wulff the most searched-for politician. In global trending searches, Hurricane Sandy was the most moving experience. In an internal init-ranking, the following event would be the top search trend: The 9th IEEE International Workshop on Factory Communication Systems (WFCS 2012) in Lemgo. This conference is the biggest IEEE event in the field of industrial communication. An important contribution to international visibility and interconnectedness in the scientific community was made. More than 60 papers examined latest trends and developments in the field of industrial automation. Under ideal weather conditions, Ostwestfalen-Lippe also gave apart from the technical parts, a good account of itself for our international guests. At the present time Industry 4.0 is the most used catchphrase in our area of expertise. In short and simple: pervasion of production engineering with information- and communication technologies (ICT). We definitely feel we are on the right track and hit the Zeitgeist. This is not only underlined by mere numbers and figures of this report but also by the current discussion and great deal of attention in politics, economy and science. On exactly this focuses our research work since the founding of the institute, we merely paraphrased it with IT meets Automation. With the help of ICT-based automation, a contribution is made to make future s factories more adaptable, resource-efficient and user-friendly. Plant construction and engineering as well as Germany as a base for manu- facturing operations shall remain competitive. The BMBF-leading-edge-cluster Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe (it s OWL), launched in the beginning of 2012, provides an excellent framework for the operational works in this field. As one of the three regional performance centres in the leading-edge-cluster, we currently work together with companies and other research institutes on seven projects. New solutions shall be found to make production technique and products more intelligent. For this, the cross-sectional project intelligent interconnectedness, managed by init, lays the groundwork. Peak performances, not sporting- but intellectual nature, are embedded in the multifarious and challenging projects that accompanied us in the course of the year. The whole team worked for excellent results with great ambition and passion. In the name of the board and all employees I wish you much pleasure and inspiration whilst reading our very personal Zeitgeist search list. Lemgo, in March 2013 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite (Director of the Institute) Prof. Dr. Jürgen Jasperneite Institutsleiter / Director of the institute 4 Jahresbericht 2012 annual report

4 Organisation / Organisation Das init-professorenteam (von links nach rechts) The init professors (from left to right) Prof. Dr. rer. nat. Stefan Heiss Industrial IT, IT-Sicherheit / Industrial IT, IT Security Prof. Dr.-Ing. Stefan Witte Kommunikationssysteme, Funksysteme in der Automation / Digital Communications Systems, Radio Systems in Automation Prof. Dr.-Ing. Volker Lohweg Diskrete Systeme: Bildverarbeitung und Mustererkennung, Sensor-/ Informationsfusion / Discrete Systems: Image Processing and Pattern Recognition, Sensor-/Informationfusion Prof. Dr. rer. nat. Oliver Niggemann Industrial IT, künstliche Intelligenz in der Automation, Embedded Software Engineering / Industrial IT, Artificial Intelligence in Automation, Embedded Software Engineering Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite Automation und Industrial IT, Netzwerktechnik / Automation and Industrial IT, Network Engineering Prof. Dr.-Ing. Uwe Meier Hochfrequenztechnik, Drahtlose Automation / High Frequency Engineering, Wireless Automation 6 Jahresbericht 2012 annual report

5 Organisation / Organisation Organisation / Organisation Das Institut für industrielle Informationstechnik (init) ist ein Institut der Hochschule Ostwestfalen-Lippe im Fachbereich Elektrotechnik und Technische Informatik. Die Gründung des Instituts für industrielle Informationstechnik (init) wurde am beschlossen. Eine entsprechende Verwaltungsund Benutzungsordnung (VBO init) wurde erarbeitet, die, nachdem sie vom Fachbereichsrat und seitens des Rektorats genehmigt wurde, mit Wirkung zum in Kraft trat. The Instistute Industrial IT (init) is a research institution in the Department of Electrical Engineering and Computer Science of the Ostwestfalen-Lippe University of Applied Sciences. The founding of the institute was decided on Corresponding terms of administration and use (init VBO) have been prepared, which, after approval by the faculty and by the University Governing Board, with effect from came into force. Wissenschaftlicher Beirat / Scientific advisory board Roland Bent Geschäftsführer der Phoenix Contact GmbH & Co. KG / Executive Director of Phoenix Contact GmbH & Co. KG Dr. Oliver Herrmann Präsident der Hochschule Ostwestfalen- Lippe / President of Ostwestfalen-Lippe University of Applied Sciences Dr. Peter Köhler Vorstandssprecher der Weidmüller- Gruppe / CEO and spokesman of Weidmüller Group Leitung des init Direction of the init Die Institutsleitung übernahm seit Gründung Prof. Dr. Jürgen Jasperneite. Die stellvertretende Institutsleitung übernahm ab Dezember 2007 Prof. Dr. Stefan Heiss. Since its founding Prof. Dr. Jürgen Jasperneite is Director of the institute. Prof. Dr. Stefan Heiss was elected Deputy Director of the institute in December init Eines der beiden Forschungsinstitute im CENTRUM INDUSTRIAL IT (CIIT) init One of the two research institutes at CENTRUM INDUSTRIAL IT (CIIT) Der Vorstand des Instituts, der aus den sechs beteiligten Professoren und einem Vertreter der wissenschaftlichen Mitarbeiter besteht, tagte im Jahr 2012 vier Mal. Der wissenschaftliche Beirat berät den Vorstand des Instituts in Fragen der strategischen Ausrichtung des Forschungsprogramms. Er tagte im Jahr 2012 zwei Mal. The executive board of the institute, consisting of the six professors and a representative of the scientific staff, held a meeting four times in The scientific advisory board advises the executive board of the institute on matters of strategic direction of research. It met twice in Organisationsstruktur des init / Organisational structure of the init Wissenschaftlicher Beirat / Scientific Advisory Board Roland Bent Dr. Oliver Herrmann Dr. Peter Köhler Vorstand / Executive Board Prof. Dr. Stefan Heiss 2) Prof. Dr. Jürgen Jasperneite 1) Prof. Dr. Volker Lohweg Prof. Dr. Uwe Meier Prof. Dr. Oliver Niggemann Prof. Dr. Stefan Witte Alexander Dicks 3) Geschäftsstelle init / Branch office init Heike Reckmann Jeanette Schilling Jasmin Zilz Geschäftsstelle CIIT 4) / Branch office CIIT 4) Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Marketing / Public Relations, Marketing Kompetenzbereich: Industrielle Kommunikation Scope: Industrial Communication Kompetenzbereich: Industrielle Bildverarbeitung/Mustererkennung Scope: Industrial Image Processing/ Pattern Recognition Kompetenzbereich: Verteilte Echtzeit-Software Scope: Distributed Real-Time Software 1) Institutsleiter / Director of the Institute Stand (12/2012) / As of date (12/2012) 2) stv. Institutsleiter / Deputy Director of the Institute 3) gewählter Vertreter aus der Gruppe der wissenschaftlichen Mitarbeiter / elected representative from the group of scientific assistants 4) CENTRUM INDUSTRIAL IT (CIIT) 8 Jahresbericht 2012 annual report

6 Entwicklung und Ziele / Development and Objectives Entwicklung und Ziele / Development and Objectives Mitarbeiterentwicklung (Stand: 12/2012) Staff development (dated: 12/2012) 2005 gründete die Hochschule den anerkannten Forschungsschwerpunkt ITIA (Informationstechnologie in der Industrieautomation) stellten sechs Professoren unterschiedlicher Fachrichtungen (Physik, Mathematik, Elektrotechnik und Informatik) beim Innovationsministerium des Landes Nordrhein-Westfalen (MIWFT) ein Antrag auf Einrichtung einer Kompetenzplattform für das Gebiet der vernetzten eingebetteten Systeme (Embedded Systems) gestellt. In Anerkennung der vorhandenen Kompetenzen und zur weiteren Profilbildung der Forschungsaktivitäten hat das MIWFT diesem Antrag Ende 2006 auf Empfehlung einer unabhängigen Jury stattgegeben und förderte daraufhin die Kompetenzplattform degressiv bis Ende Nach Zustimmung durch das Präsidium und den Fachbereichsrat der Hochschule wurde im Januar 2007 das init Institut für industrielle Informationstechnik als Forschungseinrichtung des Fachbereiches Elektrotechnik und Technische Informatik auf Basis der Kompetenzplattform gegründet. Die Entwicklung des Instituts soll anhand der im Wissenschaftssystem üblichen Kennzahlen Personal, Dritt- mitteleinnahmen und Publikationsrate dokumentiert werden: Personal Zum Jahresende 2012 waren 64 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im init beschäftigt. Hierzu zählen die init- Professoren, die wissenschaftlichen Mitarbeiter, die Mitarbeiterinnen der Geschäftsstelle sowie die Gruppe der wissenschaftlichen und studentischen Hilfskräfte (WHK/SHK). Seit 2012 gehören auch zwei Auszubildende zum Institut. Drittmittel Die Finanzierung des Instituts basiert auf den folgenden drei Säulen: Grundfinanzierung Mittel aus öffentlich geförderten Verbundvorhaben (kurz: Verbund) Mittel aus bi-/multilateralen Projekten der industriellen Auftragsforschung (kurz: Industrie) Die Grundfinanzierung des init setzt sich zusammen aus der Kompetenzplattform-Förderung (KOPF) Drittmittelentwicklung Development of third-party funds des Landes NRW ( ), Mitteln der Hochschule und aus projektunabhängigen Mitteln der Phoenix Contact Stiftung und der Weidmüller Stiftung. Aus diesen Mitteln werden zentrale Aufgaben wie der Betrieb der Geschäftsstelle sowie Projekte der explorativen Forschung finanziert. Ebenfalls erfolgen aus diesen Mitteln Überbrückungsfinanzierungen für wissenschaftliche Mitarbeiter zwischen zwei Projekten. Ohne signifikante Grundfinanzierung, d. h. nur auf Basis von Projektmitteln, ist ein geordneter Institutsbetrieb nicht möglich. Das personelle Wachstum des Instituts wird durch die erfolgreiche Einwerbung von öffentlich geförderten Vorhaben und Industrieprojekten getragen. In 2012 konnten diese Mittel auf dem Vorjahresniveau mit drei Mio. Euro gehalten werden. Publikationen Für die Einbindung in die Forschungslandschaft und die wissenschaftliche Reputation eines Instituts sind Publikationen ein sehr wichtiger Baustein. Insbesondere die begutachteten Publikationen konnten nochmal deutlich gesteigert werden. Hierzu haben insbesondere die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beigetragen, die auf ihre Promotion hinarbeiten. Darüber hinaus sind init-mitarbeiter in zahlreichen Programmkomitees nationaler und internationaler Konferenzen, als Gutachter von Publikationen oder Forschungsanträgen sowie in Arbeitskreisen von Verbänden und Nutzerorganisationen tätig (Details hier - zu siehe Kapitel Außendarstellung ab S. 117). Ziele Unser Ziel ist es, ein führendes Institut auf dem Gebiet der intelligenten Automation zu sein. Weiterhin wollen wir jungen Menschen die Möglichkeit einer strukturierten wissenschaftlichen Weiterqualifizierung bieten. Wir sind davon überzeugt, dass der konsequente Einsatz von Informationstechnologien zu neuartigen Konzepten in Industrieanwendungen führen wird. Die Ausrichtung der Forschungspolitik gibt uns Recht. Im Mittelpunkt unseres Forschungsansatzes steht daher die Verbindung der beiden Wissensgebiete Informatik und Automatisierungstechnik. Mit dem Motto IT meets Automation bringen wir unser Selbstverständnis zum Ausdruck, in dem wir unser Institut als einen Ort verstehen, an dem Informationstechnologien mit den hohen Anforderungen der industriellen Automatisierungstechnik in Einklang gebracht und nutzbar gemacht werden. Hierdurch verschaffen wir unseren Partnern einen schnellen Zugang zu neuen Technologien und damit Wettbewerbsvorteile. 10 Jahresbericht 2012 annual report

7 Entwicklung und Ziele / Development and Objectives Entwicklung und Ziele / Development and Objectives Publikationen Publications The technical root of our institute is the research focus ITIA (Information technology in industrial automation), founded in 2005 by six professors from different fields of physics, mathematics, electrical engineering and computer science. To establish a center of excellence for the field of Networked Embedded Systems in 2006, an application was submitted to the federal state of North Rhine-Westphalia. Based on the recommendation of an independent jury, the ministry accepted our application by end of 2006 granting a gradually decreasing funding over five years. Upon approval of the faculty board and the University Governing Board the init Institute Industrial IT was founded in January 2007 as a research institution of the Department of Electrical Engineering and Computer Science. The development of the institute is to be documented using generally accepted scientific metrics, namely staff members, third-party funding and publication rate: Staff Members At the end of 2012, init employed 64 employees. Including init professors, scientific staff, employees of the coordination office as well as the group graduate and student assistants (WHK/SHK). Since 2012 two apprentices are part of the institute. Third Party Funding The funding of the institute is based on the following three pillars: basic funding means from publicly funded joint research projects (abbreviated: public funding) funds from bi-/multilateral projects with the industry (abbreviated: industrial funding) The basic funding of the init is composed of the center of excellence funding of the state of North Rhine- Westphalia ( ), funds of the university and the project-independent funds of the Phoenix Contact foundation and the company Weidmüller. These funds are used for central tasks such as the operation of the coordination office as well as projects of explorative research. These funds are also used for interim financing of scientific staff between two projects. Without a significant basic funding an efficient operation of a research institute is impossible. The personal growth of the institute is the result of the successful acquisition of publicly funded projects and contracts with the industries. In 2012, the third party funding of almost three million could be held. Publications Publications are an important element to be part of the scientific community and for the scientific reputation of the institute. We distinguish reviewed and non-reviewed papers as well as presentations and speeches. The peer-reviewed publication rate could be obviously increased in 2012, which is mainly the result of our PhD candidates. Moreover, the init employees are acting as organizers and reviewers in program committees of national and international conferences, as evaluators of research project proposals as well as in working groups of associations and user organizations (for details please refer to chapter Corporate Communication from page 117 onwards). Targets It is our aim to be a leading institute in the field of industrial informatics. Furthermore, we would like to offer young people the opportunity to enhance their scientific qualification with our structured establishment. We are convinced that the consequent use of information technology may lead to novel concepts in industrial applications. The current focus of research policy admits that this is correct. Therefore, linking computer science and industrial automation is in the focus of our research approach. With the slogan IT meets Automation, we express our mission by portraying our institute as being a place where information technologies are accommodated to the high demands of automation technology and where they are made useable. This way, we provide our partners with a rapid access to new technologies for competitive advantages. Das init-team Team init 12 Jahresbericht 2012 annual report

8 trustedit-testlabor / trustedit Lab trustedit-testlabor / trustedit Lab Begehbare Abschirmkabine Walkable anechoic chamber trustedit Testlabor für industrielle Kommunikationssysteme Als neutrales und herstellerunabhängiges Hochschulinstitut führen wir Protokolltests, Leistungstests, Robustheitstests und Tests zur Systemintegration und IT-Sicherheit in vernetzten technischen Systemen durch. Die Tests können entweder entwicklungsbegleitend oder als Abnahmeprüfung erfolgen. Mit trustedit verbinden wir unser Angebot von Testdienstleistungen zur Steigerung der Zuverlässigkeit von vernetzten Produkten. Unser Dienstleistungsspektrum wird durch Messkampagnen im Bereich Ethernet, WLAN, GPRS, EDGE, HSUPA, IP-Netzen und weiteren Kommunikationssystemen komplettiert. Durch eine Vielzahl von Forschungsprojekten verfügt das Institut für industrielle Informationstechnik (init) über eine sehr leistungsfähige messtechnische Infrastruktur und sehr breites Know-how im Bereich der industriellen Echtzeitkommunikation (drahtgebundene und drahtlose LANs, Mobilfunk 2G/3G, WAN). Speziell für den Softwaretest qualifizierte wissenschaftliche Mitarbeiter (ISTQB und TTCN-3 zertifiziert) garantieren eine professionelle Testplanung und -ausführung. Darüber hinaus werden alle Tests nach anerkannten und mit dem Auftraggeber abgestimmten Testverfahren durchgeführt. Herstellernutzen und -vorteile Die Integration der Automatisierungstechnik in Unternehmensprozesse wird immer wichtiger. Daher müssen vernetzte Automatisierungskomponenten heute eine Vielzahl von Netzwerktechnologien und Standard IT-Protokollen unterstützen. Bei der Entwicklung dieser Komponenten und der damit verbundenen Sicherstellung der Funktionalität in einem offenen Netzwerk, entsteht eine zunehmend komplexer werdende Situation für die Hersteller. Bestehende Testsysteme für den Nachweis der Funktionalität und der Interoperabilität von solchen Standardprotokollen sind sehr kostenintensiv und erfordern viel Erfahrung im Umgang. Es kommt daher immer wieder zu Stabilitätsproblemen mit vernetzten Komponenten. Ein bedeutsamer Bereich ist die Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation. Sie ist unter anderem in intelligenten Energienetzen, soge- nannten Smart Grids, Wasser/Abwasser-Infrastrukturen oder bei der Elektromobilität von Bedeutung. Häufig werden hier Mobilfunksysteme oder andere IP-basierte Übertragungstechniken eingesetzt. Von unserer messtechnischen Ausstattung für diesen Bereich können Hersteller und Anwendungsentwickler von Komponenten und Diensten für die M2M-Kommunikation erheblich profitieren. Zusammenfassend ergeben sich aus unseren umfangreichen Testdienstleistungen die folgenden Vorteile für Gerätehersteller: Herstellerunabhängige und kostengünstige Tests nach transparenten, anerkannten Prozeduren Dokumentation eines freiwilligen Kommittments für robuste und interoperable Produkte Geringere Aufwände in Entwicklung bzw. in der Qualitätssicherung und ein daraus resultierendes schnelleres Time-to-Market Höheres Kundenvertrauen in ihre Produkte und die eingesetzten Technologien Steigerung der Kundenakzeptanz für neue, innovative Technologien Darüber hinaus sind Systemintegratoren, Betreiber von Maschinen und Anlagen, sowie die Fachpresse weitere Zielgruppen für unser Dienstleistungsangebot. Verfügbare Messsysteme In unserem Testlabor können nahezu alle Fragestellungen vom Physical Layer bis hin zu Anwendungsprotokollen messtechnisch abgedeckt werden. Das trifft sowohl für drahtgebundene und drahtlose lokale, als auch für öffentliche Netze zu. Die messtechnische Infrastruktur unterliegt hierbei einer ständigen Weiterentwicklung der Testverfahren und -systeme durch unsere Forschungsaktivitäten und Kooperationen mit führenden Testsystemherstellern. Das trustedit-testlabor macht unseren aktuellen und zukünftigen Partnern diese Expertise zugänglich. Der Bereich Ethernet-basierter Netzwerke verfügt über mehrere Testsysteme, die komplette Ethernet- Netzwerke oder einzelne Netzwerk- Komponenten auf ihre Leistungsfähigkeit, Interoperabilität und Konformität testen können. Die Einsatzmöglichkeiten reichen derzeit von der Erzeugung und Analyse von IEEE802.3 Datenströmen mit Wire Speed, die gleichzeitig auf 10 Ports durchgeführt werden kann, über die Zeitstempelung der Frames mit einer Auflösung von 20ns bis hin zu automatisierten Leistungs- und Konformitäts-Tests aktiver Netzwerk- Komponenten, wie Switches oder Router nach RFC 2544 und RFC Weiterhin ermöglicht es Konformitätstests für TCP/IP-Protokolle. Die Messausstattung umfasst die folgenden Geräte: Net-O2 Attest für Konformitätsund Funktionstests von Layer2/3/4- Protokollen Mehrere Anritsu MD 1230 B für wire-speed Leistungstests mit bis zu 24 Ports (10/100/1000 Mbit) Ixia IxChariot Messsystem für Endezu-Ende Netzwerkperformance Außerdem ist ein automatisierter Testaufbau für Interoperabilitätsund Robustheitstests von EtherCAT Geräten verfügbar. Der Aufbau wurde unter Verwendung von IEC realisiert und besteht aus: 2 PCs als soft PLC mit Beckhoff Twin- CAT EtherCAT Steuerung EtherCAT device under test (DUT) Die wesentlichen Einflüsse, denen Datenpakete in IP-basierten Weitverkehrsnetzen unterliegen, können mit einem IP-Emulator in einer reproduzierbaren und steuerbaren Laborumgebung nachgestellt werden. Der Emulator kann außerdem in einer Mobilfunklabortestumgebung für entwicklungsbegleitende, reproduzierbare Tests für Hersteller von M2M-Komponenten und Anbietern von M2M-Applikationen integriert werden. Die parametrierbare M2M Messumgebung besteht aus einem Weitverkehrsnetz- und Mobilfunkemulator und ermöglicht die reproduzierbare Nachbildung von Corner Cases. Hierbei nehmen multiple Parameter oder Bedingungen gleichzeitig extreme, aber noch innerhalb der Spezifikation liegende, Werte an, wie beispielsweise das dauerhafte Wechseln zwischen mehreren Mobilfunkzellen (Roaming). Die Messausstattung für IP-basierte Weitverkehrsnetze besteht aus den folgenden Geräten: Anritsu MD 8470 A Mobilfunkemulator Weitverkehrsnetz-Emulator Packetstorm 1800E Auch der Bereich funkbasierter Netzwerke kann durch die im init verfügbaren modernen Messgeräte und Testsoftware sehr gut abgedeckt werden. Im drahtlosen Bereich werden besondere Anforderungen an die Messumgebung gestellt, da sie eine Reproduzierbarkeit der Messergebnisse gewährleisten sollte. Hierfür verfügt das init über eine 8m x 4m x 4m große Schirmkabine und zwei weitere Abschirmboxen mit den Maßen 71cm x 80cm x 80cm und 50cm x 33cm x 45cm für flexible Testaufbauten im Labor. Ein eigens entwickelter Kanalemulator bietet die Emulation von zeit- und frequenzvarianten Funkkanälen. Die hierfür erforderlichen Kanalmodelle wurden durch Messungen in realen industriellen Umgebungen erstellt. Weitere Messsysteme, wie das Azimuth W-Series System, können durch leitungsgeführte Messungen eine reproduzierbare Testumgebung bereitstellen. Sie werden beispielsweise für WLAN Handover- Messungen, Interoperabilitäts-/Konformitätstests und Designvalidierungen eingesetzt. Für Physical Layer Tests steht entsprechende Messtechnik bis in den Frequenzbereich von über 20 GHz zur Verfügung. Hierdurch werden u. a. 14 Jahresbericht 2012 annual report

9 trustedit-testlabor / trustedit Lab trustedit-testlabor / trustedit Lab Echtzeit-Spektrumanalyser Real-time spectrum analyzer Koexistenzmessungen unterschiedlicher Technologien möglich. Hervorzuheben ist ein OTA-Messplatz (over the air performance) für die Vermessung von 3D-Richtdiagrammen. Beispielhaft für den Bereich der Protokollanalyse ist ein hochgenauer WLAN Protokolltester zu nennen, der die WLAN Standarderweiterungen a, b und g unterstützt. Er ermöglicht eine detaillierte und hochgenaue Analyse und Erzeugung von WLAN Frames, um auf diese Weise komplette WLAN-Netzwerke oder einzelne Komponenten auf ihre Leistungsfähigkeit, Interoperabilität und Konformität zu untersuchen. Ein WLAN Client-Emulator dient der Realisierung größerer Netzwerke, ohne hierfür eine entsprechend große Anzahl physikalischer Geräte nutzen zu müssen. Er kann bis zu 64 virtuelle WLAN-Clients nachbilden. Zusammenfassend werden die folgenden kommerziellen Testlösungen für den drahtlosen Bereich eingesetzt: Azimuth W-Serie Testsystem für reproduzierbare Messungen im Frequenzbereich 1 6 GHz Ixia WLAN Client-Emulator (IxWLAN) Rohde&Schwarz PTW70 WLAN Protokolltester Layer 1 und Layer 2 Netzwerkanalysatoren bis 20 GHz (z.b. Rohde&Schwarz ZVB 8) Spektrumanalysatoren (bis 26 GHz, z.b. Agilent E-Series, Rohde&Schwarz FSH8) Echtzeit-Spektrumanalysator Tektronix RSA 6114A Vektorsignalgenerator Rohde&Schwarz SMBV 100A begehbare Schirmkabine 8 m x 4 m x 4 m mit einer Schirmdämpfung 80 db Abschirmbox 71 cm x 80 cm x 80 cm mit einer Schirmdämpfung 65dB Abschirmbox 50 cm x 33 cm x 45 cm mit einer Schirmdämpfung 65 db Kanalemulator zur Echtzeit-Emulation realer industrieller Funkkanäle (bis 6 GHz) Diverse Messantennen und Messsonden Referenzen Unsere Testdienstleistungen wurden vielen namenhaften Unternehmen im Bereich der Automation zur Verfügung gestellt. Einige von ihnen sind im Folgenden mit einer kurzen Beschreibung der Projekte aufgeführt. IXXAT Automation GmbH Ziel dieses Projekts war die Leistungsbewertung und die Bewertung der Standardkonformität eines industriellen Ethernet Switches von IXXAT. Hierzu wurden standardisierte Testverfahren aus dem Internet-Umfeld herangezogen (RFC 2544 und RFC 2889) und mit einem entsprechenden Testsystem umgesetzt. Phoenix Contact GmbH & Co. KG In diesem Projekt wurde die Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation mit einem Gerät von Phoenix Contact getestet. Die Testszenarien bestanden aus einem realen Mobilfunknetz und einem emulierten Netz in einer reproduzierbaren Labortestumgebung. Phoenix Contact Electronics GmbH Ziel dieses Projektes war die Bewertung der Standardkonformität und der Leistungsfähigkeit eines Phoenix Contact WLAN APs. Hierzu wurden Testverfahren herangezogen, die im Wesentlichen auf unserer leitungsgeführten und damit reproduzierbaren Messumgebung basieren. Die Messumgebung und die Verfahren sind im Wesentlichen in dem Entwurf der IEEE Recommended Practice for the Evaluation of Wireless Performance spezifiziert. Siemens AG Ziel dieses Projektes war die Leistungsbewertung eines drahtlosen industriellen Kommunikationssystems von Siemens. Hierzu wurden Testverfahren herangezogen, die auf unserer leitungsgeführten und damit reproduzierbaren Labormessumgebung basieren. Zentraler Bestandteil war der Echtzeit-Kanalemulator des init, welcher real vermessene industrielle Funkkanäle emuliert und somit eine Vielzahl verschiedener realer Funkkanäle für Labormessungen zur Verfügung stellt. Darüber hinaus wurden bei der Durchführung von Gerätetests im Rahmen des FuE-Vorhabens VuTAT (siehe Seite 100) Geräte folgender Hersteller einem Test unterzogen: Bosch Rexroth AG Phoenix Contact Electronics GmbH Pilz GmbH & Co. KG WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG Azimuth WLAN Messsystem Azimuth WLAN measuring system 16 Jahresbericht 2012 annual report

10 trustedit-testlabor / trustedit Lab trustedit-testlabor / trustedit Lab IEEE (WLAN) Konformitätsmessplatz Evaluation of Wireless Performance trustedit Testing laboratory for industrial communication systems As a neutral and vendor-independent university institute the init conducts protocol tests, performance tests, robustness tests and tests for system integration and IT security for networked technical systems. The tests are either implemented as acceptance tests or accompanying the development. With trustedit we associate our testing services to increase the reliability of networked products. Furthermore, measurement campaigns in the field of Ethernet, WLAN, GPRS, EDGE, HSUPA, IP-Networks and other communication systems can be realized. Due to several research projects, the init Institute Industrial IT is equipped with special testing tools, a powerful metrological infrastructure and know-how in the field of industrial real time communication (LAN, WLAN, 2G/3G, WAN). Several scientific employees of our institute are especially qualified in testing (ISTQB and TTCN-3 certified) and responsible for a professional test planning and test execution. All tests are carried out in accordance to approved test procedures which are defined in tight cooperation with the corresponding client. Advantages and benefits for our customers The integration of automation technology in business processes is becoming more and more important. Hence, todays networked automation components have to support a multitude of networking technologies and standard IT protocols. An increasingly more complex situation in the development of such components as well as in ensuring their functionalities in an open network is faced by the vendors. In order to prove the functionality and the interoperability of such standard protocols very cost-intensive test systems have to be used which require a lot of experience in handling them. Consequently, stability problems frequently occur in networked automation components. The Machine-to-machine (M2M) communication is an important area, e.g., in the context of intelligent energy networks (Smart Grids), in water wastewater infrastructures or in electric mobility. For those purposes, cellular systems or other IP-based technologies are frequently deployed. Vendors of M2M-communication equipment and application developers of M2M services will be able to greatly benefit from our excellent metrological equipment for this area. In summary our comprehensive testing services result in the following advantages: Vendor-independent and costeffective tests according to transparent and approved procedures Documentation of a voluntary commitment for robust, interoperable products Less efforts in development and quality assurance, resulting in a shortened time to market Superior customer confidence in their products and used technologies Increased customer acceptance of new, innovative technologies In addition to vendors, our testing services are interesting for system integrators, for operators of industrial automation systems as well as for the technical press. Available test solutions Within our testing laboratory almost all issues from the physical layer up to application layer protocols can be covered with our measurement equipment. That applies for wired and wireless local and wide area networks. Furthermore, a continuous enhancement of test procedures and test systems is guaranteed due to our research activities and co-operations with leading vendors of test systems. The trustedit testing laboratory shares this expertise with our current and future partners. The field of Ethernet-based networks is covered by several test systems. They allow testing of entire Ethernet networks or single network components regarding their capability, interoperability and conformance. Possible fields of application range from the generation and analysis of IEEE802.3 data streams with Wire Speed, which can be performed simultaneously on 10 ports, via time stamping of the frames with a resolution of 20ns up to automated performance and conformance tests of active network components such as switches or routers according to RFC 2544 and RFC Furthermore, it allows conformance tests for TCP/IP protocols. The measurement equipment mainly encompasses the following devices: Net-O2 Attest for conformance and functional tests of Layer 2/3 protocols Leitstand der Modellfabrik Control room of Lemgo Smart Factory 18 Jahresbericht 2012 annual report

11 trustedit-testlabor / trustedit Lab trustedit-testlabor / trustedit Lab Anritsu MD 1230 B for Wire-Speed performance tests with up to 24 ports (10/100/1000 Mbps) Ixia IxChariot measuring system for end to-end network performance Furthermore, an automated test setup is available in our laboratory to test the interoperability and robustness of EtherCAT devices. The test setup was implemented using IEC structured text programming language and consists of: 2 PCs as soft PLC with Beckhoff TwinCAT EtherCAT device to be used as control system EtherCAT device under test (DUT) All fundamental influences experienced by data packets in IP-based wide area networks can be emulated in a reproducible and controllable laboratory environment with an IPemulator. The emulator can be also integrated into our laboratory test setup for cellular radio networks which allows reproducible tests accompanying the development offered for vendors of M2M-communication equipment and application developers of M2M services. The M2M test environment can be parameterised and consists of a wide area network emulator and a cellular radio network emulator. The test system renders reproducible replications of corner cases possible, i.e., multiple parameters or conditions are presumed to have extreme values at the same time. However, they are still within the boundary of the specification, such as a continuous handover between different cells (roaming). The measurement equipment in this area consists of the following devices: Anritsu MD 8470 A for emulating cellular radio networks Wide area network emulator Packetstorm 1800E Also the domain of radio-based networks is well covered by modern measuring devices and test software. Testing in the wireless domain poses particular requirements on the test environment since it shall guarantee a reproducibility of all measurement results. For this purpose the init is equipped with an anechoic chamber with the dimension 8m x 4m x 4m, and two RF shielded boxes with the dimensions 71 cm x 80 cm x 80 cm and 50 cm x 33 cm x 45 cm for flexible setups in the laboratory. A channel emulator can provide emulated time-variant radio channels and frequency variant radio channels for conducted test setups. The channel models for the emulator have been derived from measurements in real industrial environments. Other measurement systems, such as the Azimuth W Series, are also able to establish a reproducible test environment by means of conducted measurements. These systems are used for WLAN hand-over measurements, interoperability-/ conformance tests and design validation. Corresponding measuring equipment for the Physical Layer is available up to a frequency range of more than 20 GHz. Thus, among others, coexistence measurements of different technologies are being enabled. The OTA measuring station (over the air performance) to measure 3D directional diagrams needs to be emphasized. In the field of protocol analysis, a highly accurate WLAN protocol tester belongs to our equipment. It supports the WLAN standard amendments a, b and g. It allows a detailed and highly accurate analysis and generation of WLAN frames in order to test the performance, interoperability and conformance of complete WLAN networks or single components. A WLAN client emulator can create larger networks without the necessity to have a large number of physical devices available. It supports an emulation of up to 64 virtual WLAN clients. The following commercial test solutions are deployed in the field of wireless systems: Azimuth W-Series test system for reproducible tests in the frequency range from 1 6 GHz Ixia WLAN Client-Emulator (IxWLAN) Rohde&Schwarz PTW70 WLAN protocol tester Layer 1 and Layer 2 Network analyzer up to 20 GHz (e.g., Rohde&Schwarz ZVB8) Spectrum analyzer (up to 26 GHz, e.g., Agilent E-Series, Rohde&Schwarz FSH8) Real-time spectrum analyzer Tektronix RSA 6114A Vector signal generator Rohde&Schwarz SMBV 100A Walkable anechoic chamber 8 m x 4 m x 4 m, shielding effectiveness 80 db RF shielded box 71 cm x 80 cm x 80 cm, shielding effectiveness 65 db RF shielded box 50 cm x 33 cm x 45cm, shielding effectiveness 65 db Channel emulator for real-time emulation of real industrial radio channels (up to 6 GHz) Various RF measurement antennas and probes References Our testing services have been provided to several well known companies in the area of industrial automation. Some of our satisfied customers are listed below with a short description of the testing project. IXXAT Automation GmbH In this project performance and conformance tests of an IXXAT Ethernet switch have been performed according to RFC-2544 and RFC The tests were conducted with an Ethernet/IP network data analyzer. Phoenix Contact GmbH & Co. KG In this project a Machine-to-Machine (M2M) communication test was performed for Phoenix Contact. The test scenarios consisted of a real cellular network and an emulated cellular network within a reproducible laboratory setup. Phoenix Contact Electronics GmbH This project had the main goal of testing the conformance and performance of a Phoenix Contact WLAN device. The test scenarios were based on our reproducible test environment and the draft version of IEEE Recommended Practice for the Evaluation of Wireless Performance. Siemens AG The main objective of this project was a performance test of an industrial wireless communication system from Siemens. The test scenarios were based on our reproducible test environment. The main focus was put on the real-time channel emulator of init, which emulates real industrial radio channels and allows a realistic testing in laboratory environments. Furthermore, device tests were conducted in the context of the research project VuTAT (see page 100) with devices of the following vendors: Bosch Rexroth AG Phoenix Contact Electronics GmbH Pilz GmbH & Co. KG WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG Professor / Professor Prof. Dr. Jürgen Jasperneite juergen.jasperneite@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Mitarbeiter / Member of staff M.Sc. Henning Trsek 20 Jahresbericht 2012 annual report

12 Lemgoer Modellfabrik / Lemgo Smart Factory Lemgoer Modellfabrik / Lemgo Smart Factory Intelligente Automation durch Industrial IT Der Entwurf, die Inbetriebnahme und der Betrieb von technischen Systemen wird aufgrund immer höher werdender Anforderungen zunehmend komplexer und daher in der Folge zeitaufwändiger und fehleranfälliger. Der heute eingesetzten Automatisierungstechnik fehlen Mechanismen für die Selbstkonfiguration, Selbstoptimierung und Selbstdiagnose, um dieser Entwicklung entgegenzutreten und den Menschen geeignet zu unterstützen. Das daraus resultierende Handlungsfeld wird in der Hightech-Strategie der Bundesregierung auch Industrie 4.0 genannt. Wie industrielle Informationstechnik (Industrial IT) technischen Systemen zu mehr Intelligenz verhelfen kann, das ist für die Produktionstechnik bereits heute in der Lemgoer Modellfabrik zu sehen. Produktionstechnik befindet sich im ständigen Wandel und dieser Trend wird sich in Zukunft deutlich verstärken. Die Vielfalt der Einflussfaktoren, die auf Unternehmen einwirkt, kann bezogen auf die Produktionstechnik nicht mehr vorgedacht werden. Eine Strategie des Maschinenbaus, um diese Herausforderungen künftig zu adressieren, ist Wandlungsfähigkeit. In Erweiterung zur flexiblen Maschine, kann sich eine wandlungsfähige Maschine auf neue Konfigurationen selbständig rekonfigurieren. Das init Institut für industrielle Informationstechnik der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo untersuchen, erproben und demonstrieren daher in der Lemgoer Modellfabrik die Integration von geeigneten Informationsund Kommunikationstechnologien (IKT) für die Automation wandlungsfähiger, rekonfigurierbarer und energieeffizienter Produktionssysteme. Hierbei spielen Service-orientierte Architekturen (SOA), das maschinelle Lernen von Anlagenmodellen, die Mensch-Maschine-Interaktion mit lokalisierten Diensten, wissenschaftlich-technische Fragestellungen der Systemintegration oder die zuverlässige Fernsteuerung/-wartung von entfernten Anlagen via Internet und Mobilkommunikation (M2M) eine Rolle. Durch die Verwendung von digitalen Modellen verschwimmt die Grenze zwischen cyber- und physikalischer Welt zunehmend. Durch die Kopplung von Prozesssignalen lässt sich das 3D-Modell nahezu in Echtzeit animieren und führt so zu neuen Interaktionsmöglichkeiten zwischen Mensch und Maschine. Ein Rechnermodell der Anlage aus energie- und automatisierungstechnischer Sicht sorgt zusammen mit Algorithmen der Selbstoptimierung wiederkehrend und in Echtzeit dafür, dass zum einen die Grundfunktion gewährleistet bleibt und gleichzeitig die gesetzten Energieziele erfüllt werden. Grundlage der Selbstdiagnose ist die Verfügbarkeit von rechnerverarbeitbarem Wissen über das Normalverhalten des automatisierten Produktionsprozesses. Durch Beobachtung des Prozesses in Echtzeit kann das Modell des Normalverhaltens maschinell erlernt werden. Das gelernte Wissen über das Normalverhalten wird nun zur Erkennung von Anomalien verwendet, indem Ist- und Sollverhalten des technischen Prozesses kontinuierlich verglichen werden. Da Automatisierungssysteme immer komplexer werden, fordert die Industrie von den angehenden Ingenieuren und Informatikern entsprechendes Wissen in Theorie und Praxis. Was nicht durch Vorlesungen und Büchern zu vermitteln ist, erlernen Studierende der Hochschule Ostwestfalen-Lippe an der Lemgoer Modellfabrik als Living Lab praktisch. So werden hier seit 2009 Praktika zur maschinennahen Vernetzung in den Bachelorstudiengängen Elektrotechnik und Mechatronik, als auch zum Systems Engineering mit formalen Beschreibungstechniken (z.b. UML, SysML) im internationalen Masterstudiengang Information Technology durchgeführt. So bietet die Lemgoer Modellfabrik exzellente Voraussetzungen für die Lehre und liefert wichtige Impulse für die Forschung. Umlaufrollendemonstrator Bereits 2011 hat das init den zur Modellfabrik gehörenden Rollendemonstrator umfangreich erweitert. Es ist nun möglich, komplexe Sensorfusionsmethoden für die Maschinendiagnose hinsichtlich ihrer Robustheit und Prozessechtzeitfähigkeit zu testen und zu vergleichen. Darüber hinaus wird der Demonstrator auch für die Erforschung von Algorithmen zur Modellierung von adaptiven Inspektionsalgorithmen der Bildverarbeitung verwendet. Die drehzahlgeregelte Umlaufrolle besteht aus Plexiglas, so dass sowohl Auflicht- als auch Durchlichtversuche durchgeführt werden können. Eine über das Winkelsignal synchronisierte Zeilenkamera erfasst die Rollenoberfläche und leitet die Bilddaten an einen Host weiter, der die Signalverarbeitung während der Laufzeit übernimmt. Die Beleuchtung kann wahlweise mit einem LED-Konstantlicht oder mit einem Stroboskop erfolgen. Über eine Messkarte können zusätzlich analoge und digitale Sensorsignale wie Temperatur, Schall oder Kraft akquiriert werden (vgl. Abb. 1). Das System wird über eine Gestensteuerung (Mircosoft-Kinect) bedient. Kameras an der Modellfabrik Die Modellfabrik ist mit mehreren intelligenten Kameras ausgestattet. Sie dienen u.a. dazu verschiedene Vorgänge an der Modellfabrik zu überwachen (vgl. Abb. 2). Zu nennen sind u.a.: Befüllungszustand von Gläsern, Qualität von bearbeitetem Material; Besetzung von Lagerinhalten. Weiterhin dienen Kameras dazu als Augen bei Roboteranwendungen zu fungieren. Automatisierter Unterdruck- Verfahrtisch für Reihenaufnahmen Zur Analyse von Dokumenten, insbesondere Banknoten, wird ein System zur Generierung von Reihenaufnahmen verwendet, welches in der Lage ist, verschiedene Kameras aufzunehmen. Mit der Isel-CNC- Maschine ICP4030 (vgl. Abb. 3) ist eine genaue Positionierung einer Kamera in xyz-richtung möglich. Aufnahmen werden automatisch generiert, gespeichert und ausgewertet. Das Material wird mit Hilfe eines verfahrbaren Saugtisches fixiert. Professor / Professor Prof. Dr. Jürgen Jasperneite juergen.jasperneite@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Mitarbeiter / Member of staff B.Sc. Benedikt Lücke Lemgoer Modellfabrik Lemgo Smart Factory 22 Jahresbericht 2012 annual report

13 Lemgoer Modellfabrik / Lemgo Smart Factory Lemgoer Modellfabrik / Lemgo Smart Factory 1. Umlaufrollendemonstrator / Roller Demonstrator 2. Intelligente Kamera / Intelligent Cameras 3. Isel-CNC-Maschine ICP4030 / Isel-CNC-Machine ICP LabQMD Kamerademonstrator / LabQMD Camera Demonstrator 5. Messsystem für Keypad / Measuring system for keyboards 6. Messsystem für selbst-adaptive Oberflächenanalyse / Measuring system for self- adapting surface analysis Demonstrator für Banknotenauthentifikation Bei diesem System handelt es sich um die Software LabQMD und einem PIAS-II-Kamerasystem (vgl. Abb. 4), bestehend aus Sensorchip, Beleuchtung, Objektiv und Auslöser. Die Kamera kann mit unterschiedlichen Objektiven ausgestattet werden. LabQMD erkennt die verwendeten Objektive selbständig und passt sich der Veränderung an. Für eine vielfältige Nutzung des Programms LabQMD bietet dies eine Schnittstelle, über die verschiedene Erweiterungen (Plug-In) eingebunden werden. Dem Plug-In wird ein Kamerastandbild übergeben. Nach einer Auswertung der übergebenen Daten werden dem Anwender die Ergebnisse auf der Benutzeroberfläche dargestellt. Demonstrator für Identifikation von Oberflächen Ein weiterer Demonstrator stellt ein Analysesystem für Oberflächen wie Tastaturen, Bedienflächen, usw. dar. Das System, welches aus einem leistungsfähigen PC, einer Industriekamera und einer Beleuchtungseinrichtung besteht, dient zur Untersuchung von verschiedenen Algorithmen und entsprechendem Benchmarking. Ziel ist es, individuelle Signaturen, die produktionsbedingt entstehen, zu analysieren und dadurch Oberflächen zu identifizieren. Selbst-Adaptive Oberflächenanalyse mit intelligenter Netzwerk-Kamera Der Oberflächeninspektion kommt in der industriellen Fertigung eine besondere Bedeutung zu, da die Qualität eines Produktes neben der Funktionalität auch an der optischen Repräsentanz erkennbar wird. Die referenzlose Oberflächeninspektion ermöglicht eine Überprüfung farblich als auch texturell unterschiedlicher Oberflächen, ohne auf eine spezifische Oberfläche trainieren zu müssen. Das System (vgl. Abb. 6) zerlegt eine Oberfläche in homogene und nichthomogene Bereiche mit Hilfe von gerichteten Summen- und Differenzbildern. Aus Diesen werden statistische Merkmale abgeleitet, die als repräsentativ für die homogene Oberfläche angesehen werden. Diese Merkmale werden verwendet, um einen Modified-Fuzzy-Pattern- Classifier zu trainieren. Er dient zur anschließenden Entscheidungsfindung (Klassifikation) und ordnet der Oberfläche ein graduelles Qualitätsmaß zu. Die echtzeitfähige Implementierung auf einer intelligenten Kamera macht eine Bedienoberfläche überflüssig, ermöglicht eine referenzlose Auswertung der Objekte und adaptiert sich an unterschiedliche Oberflächenstrukturen, Materialien und Farben. Die eingegrenzten Fehlertypen können zur weiteren Verarbeitung über digitale Schnittstellen an die Maschinensteuerung weitergegeben werden. IT-based Automation enables Intelligent Technical Systems The design, commissioning and operation of technical systems is becoming increasingly complex and therefore more time-consuming and error prone. Today s automation systems have insufficient built-in mechanisms for self-configuration, self-optimizing and self-diagnosis to overcome this situation. How Information and Communication Technologies (Industrial IT) will support future intelligent technical systems, we can already see for the field of Production technology in the Lemgo Smart Factory. Production technology is in a constant change and this trend will increase significantly in the future. The variety of factors acting on companies can no longer be thought out. A possible strategy of mechanical engineering to address these challenges is adaptive production systems. As an extension to flexible machines, an adaptive machine recognizes the need for change itself. The resulting field of action is called and industry 4.0 in the high-tech strategy of the German government. The way how industrial information technology (Industrial IT) can provide intelligence to technical systems can be seen for production technologies in Lemgo Smart Factory even today. Production technology is constantly changing and this trend will increase significantly in the future. The variety of factors acting on company can be obtained pre-thought no more on the production technology. A strategy of engineering to address these challenges in the future is adaptability. An extension to the flexible machine, can a versatile machine to new configurations reconfigure themselves. In the Lemgo Smart Factory the init Institute Industrial IT of the Ostwestfalen-Lippe University in Lemgo are exploring and testing new system technologies for adaptive, reconfigurable and energy efficient production systems (e.g. based on service-oriented architecture (SOA)), machine learning of system models, human-machine interaction with localized services, scientific and technical issues of system integration or the reliable remote control of remote equipment via the Internet and mobile communications. Through the use of digital models, the boundary between cyber and physical world is increasingly blurred. Through coupling process signals the 3D model can be animated in near real time, leading to new possibilities of interaction between human and machine. Basis of self-diagnosis is the availability of computer-based knowledge of the normal behavior of the automated production process. By observation of the process in real time, the model of the normal behavior can be learned automatically. The knowledge you learned about the normal behavior is to detect anomalies compared by actual and desired behavior of the technical process. Since automation systems are becoming more complex, the industry demands for well-educated engineers and computer scientists. What cannot be provided through lectures and books students of the Ostwestfalen-Lippe University can explore at the Lemgo Smart Factory as a living lab practically. Thus, since 2009 several labs in the bachelor and master programs are carried out at the smart factory. The Lemgo Smart Factory offers excellent conditions for the education of students and provides an important stimulus for research. Roller Demonstrator Already in 2011 the init considerably expanded the roller demonstrator of the smart factory. It is now pos sible to test and compare complex sensor fusion methods for machine analysis regarding their robustness and process real-time capability. Additionally, the roller demonstrator is also used to study modeling algorithms for adaptive inspection algorithms of image processing. The speed-controlled roller consists of acrylic glass to enable realisation both reflected and transmitted light applications. A synchronised line 24 Jahresbericht 2012 annual report

14 Lemgoer Modellfabrik / Lemgo Smart Factory scan camera captures the roller surface and transmits the image data via a GigE to the host where during runtime the signals are processed. The illumination can be executed by a constant light or a stroboscope. Additionally analogue and digital signals for temperature, acoustic emission and force and others can be acquired by a measuring board. (cf. figure 1). Cameras in the Smart Factory The smart factory is equipped with several intelligent cameras. Amongst others, they serve for monitoring different processes in the smart factory (cf. Figure 2) which are for instance: fill level of glasses, quality of processed material; material counting. Furthermore, the cameras serve as eyes for robot applications. Automated low-pressure movable table for series images To analyse documents, especially banknotes, a system generating series images is applied which has the ability to incorporate different cameras. The ICP4030 Isel-CNC-machine (cf. Figure 3) enables the exact positioning of a camera in xyz-direction. Images are automatically generated, saved and evaluated. The material is secured with a movable low-pressure table. Demonstrator for banknote authentication This system consists of LabQMD software and a PIAS-II camera system (cf. Figure 4), featuring a sensor chip, illumination, lens and trigger unit. The camera can be equipped with different lenses. LabQMD is able to recognise the used lenses automatically and adjusts to the modification. To enable a multifunctional use of the LabQMD programme it offers an interface which incorporates different plug-ins. A still image is transmitted to the plug-in. When the transmitted data have been evaluated the results are presented on the desktop. Demonstrator for surface identification Another demonstrator represents an analysing system for surfaces like keyboards, operating areas, etc. The system, consisting of a powerful PC, an industrial camera and an illumination device, serves for testing different algorithms and corresponding benchmarks. The target is to analyse individual signatures occurring during production and thus identifying surfaces. Self-adaptive surface analysis with intelligent network camera In industrial production processes special significance is attributed to surface inspection as the quality of a product is not only recognisable in its functionality but also in its optical representation. Surface inspection without training patterns enables the analysis of surfaces with different colours and textures without the need to be trained to a specific surface. The system (cf. Figure 6) decomposes a surface into homogeneous and non-homogeneous areas using aligned sum and difference images. Statistical features are derived from these images which are considered to be representative for a homogeneous surface. These features are used to train a Modified-Fuzzy- Pattern Classifier. It serves for subsequent classification and assigns gradual quality measures to the surface. A real-time capable implementation on an intelligent camera eliminates the need for an operating area, enables an evaluation of the objects without training patterns and adapts to different surface structures, materials and colours. The localised error types can be transferred for further processing via digital interface to the machine control system. The system is controlled via a Microsoft Kinect station. Forschungsprogramm Research Program 26 Jahresbericht 2012 annual report

15 Unser Forschungsprogramm / Our Research Program Unser Forschungsprogramm / Our Research Program Automation für intelligente technische Systeme Unseren übergeordneten fachlichen Schwerpunkt in der industriellen Informationstechnik stellen die vernetzten eingebetteten Echtzeitsysteme dar. Unsere Kompetenzen in diesem Arbeitsgebiet liegen darin, Informationen präzise erfassen, effizient vernetzen und wirkungsvoll verarbeiten zu können. Aus diesem Dreiklang leiten sich die folgenden methoden- und technologieorientierten Kompetenzbereiche des init ab: Industrielle Kommunikation Industrielle Bildverarbeitung und Mustererkennung Verteilte Echtzeitsoftware Diese Kompetenzbereiche werden durch entsprechende Projekte in den beiden Anwendungsfeldern Industrielle Automatisierungstechnik und Dokumentensicherheit operationalisiert. Automation for intelligent technical systems Our superordinated technical focus in industrial information technology is represented by networked embedded real-time systems. With our competences in this field we are able to precisely collect information, network and process them efficiently. From this triad the following methods and technology oriented fields of competence of the init are derived: Industrial communication Industrial image processing and pattern recognition Distributed real-time software These areas of competence are parameterized by corresponding projects in the two fields of application Industrial Automation and document security. ECHTZEITSYSTEME REAL-TIME SYSTEMS ERFASSEN COLLECT VERNETZEN NETWORK VERARBEITEN PROCESS ECHTZEIT-ETHERNET REAL-TIME ETHERNET ECHTZEIT-BV REAL-TIME IMAGE PROCESSING ECHTZEIT-WIRELESS REAL-TIME WIRELESS MUSTERERKENNUNG PATTERN RECOGNITION INDUSTRIELLE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK INDUSTRIAL AUTOMATION IT-SICHERHEIT IT SECURITY DIAGNOSE IN AUTOMATISIERUNGSSYSTEMEN DIAGNOSIS IN AUTOMATION SYSTEM FEHLERTOLERANTE AUTOMATISIERUNGSSYSTEME FAULT-TOLERANT AUTOMATION SYSTEMS DOKUMENTENSICHERHEIT DOCUMENT SECURITY ECHTZEIT-BV REAL-TIME IMAGE PROCESSING MUSTERERKENNUNG PATTERN RECOGNITION 28 Jahresbericht 2012 annual report

16 Spitzencluster it s OWL / Leading-edge cluster it s OWL Spitzencluster it s OWL / Leading-edge cluster it s OWL Wie die Intelligenz in die Produktion kommt The way to Production Intelligence Spitzencluster it s OWL bereitet Weg für Industrie 4.0 Hightech für die Märkte von morgen: In Ostwestfalen-Lippe wächst ein Technologienetzwerk aus Wirtschaft und Wissenschaft, das weltweit Maßstäbe für intelligente Produkte und Produktionssysteme setzen wird. Der Cluster Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe kurz it s OWL gilt als ein Wegbereiter für Industrie 4.0 und leistet einen wichtigen Beitrag für die Wettbewerbsfähigkeit von Produktion am Standort Deutschland. Ein besonderes Gütesiegel hat it s OWL mit der Auszeichnung im Spitzenclusterwettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung erhalten. Intelligente Technische Systeme entstehen durch das Zusammenspiel von Ingenieurwissenschaften und Informatik. Sie können sich eigenständig an die Umgebung anpassen, künftige Ereignisse antizipieren und geeignete Aktionen ohne Mitwirkung des Menschen auswählen. Dadurch werden die Entwicklung, die Einrichtung, die Wartung und das Lebenszyklusmanagement von Produkten, Maschinen und Anlagen verbessert. Ihre Zuverlässigkeit, Ressourceneffizienz und Benutzerfreundlichkeit erhöhen sich. 174 Unternehmen, Hochschulen, Forschungszentren und Organisationen arbeiten im Technologienetzwerk it s OWL zusammen. Im Schulterschluss von Wirtschaft und Wissenschaft gehen sie den Innovationssprung von der Mechatronik zu Intelligenten Technischen Systemen gemeinsam an. In 45 Projekten im Gesamtumfang von 100 Mio. werden bis Juni 2017 Technologien für eine neue Generation von Produkten und Produktionssystemen entwickelt von Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge, Automaten und Haushaltsgeräte bis zu Smart Grids und vernetzten Produktionsanlagen. Dazu stellen die Forschungseinrichtungen anwendungsorientierte Forschungsergebnisse in den Gebieten Selbstoptimierung, Mensch-Maschine-Interaktion, In telligente Vernetzung, Energieeffizienz und Systems Engineering bereit. 33 Projekte sind gestartet, weitere 12 sind ab 2015 geplant. Die Kombination aus Technologieund Weltmarktführern in den Bereichen Maschinenbau, Elektronik- und Automobilzulieferindustrie sowie international renommierter Spitzenforschung ist bundesweit einzigartig. Mit it s OWL entsteht eine einzigartige Technologieplattform, die für eine Vielzahl von Unternehmen des produzierenden Gewerbes nutzbar gemacht wird. Dazu werden Informationsveranstaltungen, Weiterbildungsangebote, Erfahrungsaustauschgruppen und Transferprojekte umgesetzt. Es entsteht ein starker Impuls für Wachstum und Beschäftigung in Ostwestfalen-Lippe. Gleichzeitig wird die Attraktivität der Region für Fach- und Führungskräfte erhöht. Leading-edge cluster it s OWL paves the way for Indusrty 4.0 High-tech for future markets: In Ostwestfalen-Lippe a technology network of economy and science is growing that will set a benchmark for intelligent products and production systems. The cluster Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe, it s OWL for short, paves the way for Industry 4.0 and contributes to Germany s competitiveness in the field of production. The honour of the title leading-edge cluster of the Federal Ministry of Education and Research is a great achievement for it s OWL. Intelligent technical systems are based upon the interaction of engineering- and computer science. The systems adapt to their environment, anticipate future events and choose appropriate actions without human participation. Therewith, the development, implementation, maintenance, as well as product lifecycle management of products, machines and systems can be optimised. Reliability, resource-efficiency and user-friendliness can be increased. 174 companies, industry initiatives, universities and research institutions participate in the leading-edge cluster strategy. Together, as part of a close alliance of business and science, they work on the development from mechatronics to intelligent technical systems. Until June 2017, 45 projects with a total volume of around 100 million euros will develop technologies for a new generation of products and production systems. The range covers drive and automation components for machines, white goods and vehicles, as well as networked systems such as smart grids and production facilities. To make this possible, the research facilities provide application-oriented research in the fields of self-optimisation, human-machine interaction, intelligent networking, energy efficiency and systems engineering. 33 projects Bielefeld: Mensch-Maschine-Interaktion Human-Machine interaction are already in process, further 12 are planned from 2015 onward. The combination of technology- and market leaders in the fields of mechanical engineering, electronic- and automotive supply industry, as well as international prestigious top level research is nationwide unique. With it s OWL a unique technology platform is created, intended to be harnessed for a variety of companies in the manufacturing industry. Information events, the offering of further training, experience exchange networks and transfer projects are implemented. A boost to growth and employment in Ostwestfalen-Lippe is given. Simultaneously, the region s attractiveness for professional and managerial staff is increased. Lemgo: IKT-basierte Automation ICT-based automation Paderborn: Mechatronik Mechatronics 30 Jahresbericht 2012 annual report

17 it s OWL AWaPro Automation für wandlungsfähige Produktionstechnik / Automation for adaptable production systems it s OWL AWaPro Automation für wandlungsfähige Produktionstechnik / Automation for adaptable production systems Gesamtziel des Projektes Das Gesamtziel des Verbundprojekts besteht darin, einen bedeutenden Beitrag zur Realisierung wandlungsfähiger Produktionstechnik zu leisten und somit Produktionsanlagen zu befähigen, auch nicht vorgedachte Anforderungen zu erfüllen. Der Fokus liegt dabei einerseits auf der Weiterentwicklung der bei Phoenix Contact (Phoenix Contact GmbH & Co. KG und Phoenix Contact Electronics GmbH) entwickelten, gefertigten und eingesetzten Produktionsanlagen zur Ermöglichung einer Massenfertigung kundenindividueller Produkte ( Mass Customization ). Durch das Erreichen des Projektziels sind Strategien zur Realisierung wandlungsfähiger Produktionsanlagen verfügbar und anhand von Demonstrationsszenarien umgesetzt und validiert. Andererseits sollen für den Markt verfügbare Phoenix Contact-Produkte aus dem Bereich der Steuerungs- und Kommunikationstechnik derart weiterentwickelt werden, dass diese eine Realisierung wandlungsfähiger Produktionsanlagen ermöglichen. Das betrifft sowohl die eingesetzten Kommunikationsschnittstellen für die physikalische Konnektivität der Komponenten in der Feld-, Steuerungs- und Leitebene als auch die semantische Interoperabilität auf Anwendungsebene. Flexible Kommunikationsplanung für PROFINET IRT Eine wesentliche Voraussetzung für die wirtschaftliche Realisierung von Wandlungsfähigkeit in Produktionssystemen besteht in der Flexibilisierung und Reduktion von Engineeringkosten bei der Implementierung der Steuerungs- und Kommunikationstechnik. Aufgrund hoher Echtzeitanforderungen, wie z. B. bei Motion Control, ist eine auf höchste Performance und Synchronität ausgelegte Kommunikation erforderlich, die wiederum im Vorfeld eine genaue Planung der Kommunikationswege und Teilnehmer-Konfiguration benötigt. Zur Rekonfigurierung soll diese Planung ebenfalls ohne manuellen Eingriff eines Engineering-Werkzeugs ermöglicht werden. Diese Anforderung macht zusätzlich die Konzeption und prototypische Implementierung eines flexiblen Echtzeit-Kommunikationssystems erforderlich. Als Basis für das Echtzeit-Kommunikationssystem wird PROFINET IRT verwendet. Zur Realisierung des flexiblen Echtzeit- Kommunikationssystems wird auch ein schneller, einfacher Kommunikationsplanungsalgorithmus entwickelt und prototypisch implementiert, der in der Lage ist einen Zeitplan für alle PROFINET IRT Geräte zur Laufzeit zu berechnen. Overall project goals The main objective of the project is to deliver a significant contribution to the area of adaptable productions system making them capable to adjust themself to the not foreseen changes. The focus of the project lays in further development of the already used by the company Phoenix Contact (Phoenix Contact GmbH & Co. KG und Phoenix Contact Electronics GmbH) production systems, which suppose to support production of highly customized products (mass customization paradigm). Developed in the project adaptability strategies will be validated and implemented as a working demonstrator. The other important aspect in the project is further development of the currently offered by the company Phoenix Contact control devices and network components, which should also support system adaptability in the future. It considers both used communication interfaces for the physical connection in the field and control system level and the sematic interoperability at the application level. Flexible communication planning for PROFINET IRT The most challenging requirement in the adaptability of the production systems is increased flexibility and reduction of the engineering efforts needed at the time of implementation or reconfiguration of control or communication components. In case of applications requiring strict and tight deadlines (like e.g. motion control), there is an additional need for synchronous communication capability. It requires precise communication planning and configuration of the system components and it is done offline in the engineering tool. This however should be avoided and the communication planning should be performed online, optimally without any interactions with the engineering tool. Therefore in the project a concept of flexible real-time communication system will be developed and afterwards implemented. As a base for the communication system the PROFINET IRT protocol has been selected. To achieve aimed flexibility of the system, fast and simple communication scheduling algorithm will be developed and prototypically implemented. The improved PROFINET IRT communication planning approach will support communication schedule calculation at runtime. Gefördert durch / Funded by Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) FKZ: 02PQ2151 Projektträger / Project Management Projektträger Karlsruhe Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT) Professor / Professor Prof. Dr. Jürgen Jasperneite juergen.jasperneite@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Mitarbeiter / Member of staff Mgr inz. Lukasz Wisniewski Produktionsmodule vom Unternehmen Phoenix Contact Production modules from the company Phoenix Contact Die it s OWL AWaPro Leitungsgruppe The it s OWL AWaPro steering committee 32 Jahresbericht 2012 annual report

18 it s OWL IASI Intelligente Antriebs- und Steuerungstechnik für die energieeffiziente Intralogistik / Intelligente drive and control technology for energy efficient intra logistics it s OWL IASI Intelligente Antriebs- und Steuerungstechnik für die energieeffiziente Intralogistik / Intelligente drive and control technology for energy efficient intra logistics Seit einigen Jahren nehmen die Bestellungen per Internet immer weiter zu. Damit diese Bestellungen innerhalb von 1-2 Werktagen bei den Kunden ankommen, lassen die Internet-Warenhäuser ihre Warenlager automatisieren. Die Automatisierung erfolgt durch den Einsatz von elektrischen Antriebssystemen, die das schnelle Ein- und Auslagern von Waren ermöglichen. Jedoch werden viele elektrische Antriebsverbünde nicht energieoptimal ausgelegt. Aufgrund des zunehmenden Bedarfs an Intralogistik wird neben der Leistungsfähigkeit von Antriebssystemen auch das Energiemanagement eine zunehmende Kundenforderung sein. Projektziele und Forschungsaktivität Das Hauptziel im Projekt ist mindestens 15 % elektrische Energie bei gleichbleibenden Lebenszykluskosten in einem intralogistischen System insgesamt einzusparen. Zur Erreichung dieses Ziels sollen einerseits die technologischen Potenziale genutzt werden, die auf Komponentenebene zur Reduzierung von Verlusten bestehen und anderseits soll durch intelligente Vernetzung der Komponenten ermittelt werden, welches Energiesparpotential sich ergibt. Dabei wird eine dynamische Steuerungsstrategie angestrebt, die sich auf einen möglichst niedrigen und gleichmäßigen Energiebedarf am Netzeingang ausrichtet. Hierfür müssen neue Technologien für die Datenerfassung, Datenauswertung im Rahmen der Anlagensteuerung entwickelt werden. Nowadays, Internet orders never cease to increase. To ensure that the customers orders arrive within 1-2 business days, the internet warehouses introduce automation systems in their storehouses. This automation is made possible by the use of electrical drive systems that enable a rapid storage and retrieval of goods. However, many electrical drives are not designed with respect to their energy efficiency. Due to the increasing need of intra-logistics, the energy management of these systems in addition to the performance of drives systems will be an increasing requirement of customers. Objective The main objective of the project is to save at least 15% of the electrical energy in an intra-logistics system at constant life-cycle costs. To achieve this objective two main aspects have to be considered. First, the technological potential for the reduction of energy losses at the component level must be addressed. Second, energy saving potentials by means of using an intelligent networking of components should be determined. The latter requires a dynamic control strategy that will aim to conserve the energy consumption steady and as low as possible at the main connection to the power grid. This requires new technologies for data acquisition and data analysis in the context of plant control. Gefördert durch / Funded by Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) FKZ: 02PQ2140 Projektträger / Project Management Projektträger Karlsruhe Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT) Professor / Professor Prof. Dr. Jürgen Jasperneite juergen.jasperneite@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Mitarbeiter / Member of staff Dipl.-Ing. Carine Florry Timma Mebou Messung des Energieverbrauchs der Lemgoer Modellfabrik Measuring the energy consumption of the model plant in Lemgo Smart Factory Vollautomatisiertes Warenlager Fully automated warehouse Quelle / Source: Lenze SE 34 Jahresbericht 2012 annual report

19 it s OWL IGel Intelligentes autonomes Gefahrstofflager und Entnahmeterminal mit sensorbasiertem Condition-Monitoring / Intelligent autonomous hazardous storage and dispenser terminal utilizing sensor-based condition monitoring methods it s OWL IGel Intelligentes autonomes Gefahrstofflager und Entnahmeterminal mit sensorbasiertem Condition-Monitoring / Intelligent autonomous hazardous storage and dispenser terminal utilizing sensor-based condition monitoring methods In Unternehmen ist die Lagerung und Handhabung von Gefahrstoffen, wie beispielsweise entzündliche und giftige Chemikalien, mit Risiken für die Umwelt und die Gesundheit der Mitarbeiter verbunden. Diese werden daher in einem speziell ausgewiesenen Gefahrstofflager aufbewahrt. Automatisierte Überprüfungen von Gefahrstofflagern sind derzeit unzuverlässig, aufwändig und teuer. Dies führt dazu, dass Schäden erst erkannt werden, wenn sie bereits eingetreten sind. Dies ist beispielsweise bei der Entnahme der Stoffe häufig der Fall, da die Dosierung und Mischung oft manuell erfolgt. Es mangelt an Lösungen, die bereits im Vorfeld Fehler in Gefahrstofflagern erkennen, ihren Eintritt verhindern sowie ein Austreten der Stoffe bei der Entnahme vermeiden. Das Projekt it s OWL IGel verfolgt deshalb zwei wesentliche Ziele: Entwicklung eines intelligenten Frühwarnsystems für Gefahrstofflager. Darüber hinaus wird ein intelligenter Gefahrstoffautomat entwickelt, der die sichere Entnahme von flüssigen Gefahrstoffen ermöglicht. Herausforderungen Autonomes Gefahrstofflager Integriertes sensorbasiertes Frühwarnsystem Frühzeitiges Detektieren von Schadensfällen Permanente Überwachung des Lagerzustandes anhand geeigneter Betriebsparameter Automatisches Einleiten zielgerichteter Gegenmaßnahmen im Schadens- oder Gefährdungsfall Entnahmeterminal zur sicheren und genauen Dosierung von Gefahrstoffen Durch das Forschungsprojekt wird in Zukunft die Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit beim Umgang mit Gefahrstoffen sowie deren Lagerung nachhaltig verbessert. Die Entnahme und Dosierung von Gefahrstoffen wird sicher und genau. Drohende Schadenseintritte werden frühzeitig erkannt und durch die automatische Einleitung von Gegenmaßnahmen verhindert. Risiken für die Umwelt werden vermieden. Die Systematik des Frühwarn- und Abfüllsystems kann auf andere Produkte, wie z. B. komplexe Warnsysteme in Gebäuden, Maschinen und Produktionsanlagen, übertragen werden. In companies, storage and handling of hazardous materials like inflammable or toxic chemicals cause a high risk for the environment and personnel. These materials are therefore contained inside hazardous storages. Automated test procedures to ensure the integrity of these storages are considered unreliable, complex and expensive. This leads to various types of possible damages being recognized too late, especially when filling or mixing materials manually. There is a lack of solutions that are able to identify faults within the storages early enough to prevent emission and major contamination. The project it s OWL IGel (Hedgehog) has two main goals: Development of an intelligent early-warning system for hazardous storages. Furthermore, developing an intelligent material dispenser which allows safe sampling of liquid materials. Challenges Autonomous hazardous storage Integrated, sensor-based earlywarning system In-time detection of damages to the containments Consistent surveillance of the storage condition utilizing suitable parameters Automated initiation of countermeasures in the case of damage Dispenser terminal for safe and precise portioning of hazardous materials This project aims at improving the safety and user-friendliness of handling hazardous materials. Extraction and portioning will also be advanced. The risk of damages can be detected in an early stage, and be counteracted and prevented with automated procedures, which enables a higher grade of environmental protection. The systematic approach conducted in this project can likely be transferred to warning and monitoring systems in other machines or production facilities. Gefördert durch / Funded by Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) FKZ: 02PQ2112 Professor / Professor Prof. Dr. Stefan Witte stefan.witte@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Prof. Dr. Volker Lohweg volker.lohweg@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Mitarbeiter / Member of staff M.Sc. Derk Wesemann Zwei Demonstratorkonzepte: Intelligentes Gefahrstofflager und Ausgabeterminal Two demonstrator concepts: Intelligent hazardous material storage and dispenser 36 Jahresbericht 2012 annual report

20 it s OWL InnovIIT Innovative Automatisierungsgeräte durch Industrial IT / Innovative automation devices by Industrial IT it s OWL InnovIIT Innovative Automatisierungsgeräte durch Industrial IT / Innovative automation devices by Industrial IT Durch kurze Produktlebenszyklen und hohe Innovationsgeschwindigkeit in der Automatisierungsindustrie wachsen die Anforderungen an Automationssysteme. Anforderungen wie Flexibilität und Wandlungsfähigkeit können mit dem in heutige Anlagen dominierenden Ansatz der zentralen Steuerung nur schwer erfüllt werden. Das Anpassen oder Erweitern einer Anlage erfordert einen hohen Umbauaufwand in der zentralen Steuerung, welcher zugleich eine potenzielle Fehlerquelle darstellt. Eine Lösung für dieses Problem stellt ein dezentraler Ansatz dar. Hierbei können die bisher zentralen Steuerungs- oder Monitoring-Funktionen z.b. auf intelligente Feldgeräte verteilt werden. Auf diese Weise lässt sich ein flexibles System realisieren, welches einfacher an neue Gegebenheiten angepasst werden kann. Da die heutigen, etablierten Engineering-Ansätze auf zentrale Systeme ausgerichtet sind, eignen sich diese nur bedingt für dezentrale Strukturen. Daher ergibt sich ein Bedarf an neuen Engineering-Ansätzen, die den Entwurf dezentraler Systeme vereinfachen. Herausforderungen Um ein effizienteres Engineering dezentraler Systeme zu erreichen wird in diesem Projekt ein Engineering-Konzept zum modellbasierten Entwurf von Steuerungs- und Condition-Monitoring-Funktionen für intelligente Feldgeräte erarbeitet. Der Schwerpunkt liegt hierbei in der Integration in bestehende Ansätze (z.b. nach IEC61131). Weiterhin soll ein Analyse-Framework zur Verifikation des entstandenen Modells realisiert werden, um ein frühzeitiges Testen und gegebenenfalls automatisches Optimieren zu ermöglichen. Hierbei liegt der Fokus auf der Validierung des Kommunikationsverhaltens einzelner Anlagenelemente. Das Ergebnis ist ein Konzept und ein Prototyp für den Entwurf und der Verifikation eines Automationssystems auf Basis dezentraler intelligenter Feldgeräte. Mehrwerte Effizienteres Engineering dezentraler Automatisierungstechnik Integration intelligenter Feldgeräte in bestehenden Engineering-Ansätze Condition-Monitoring Funktionalität der Geräte Short product life cycles and short innovation cycles in the field of industrial automation increase the requirements on automation systems. Requirements such as flexibility and mutability can t be fulfilled by today s dominating approach of centralized control. Adapting or expanding a centralized automation system requires a high reconfiguration effort in the central controller. Thus, it can be seen as a potential source trouble. One solution to avoid this problem is a decentralized approach. Here the central control or monitoring functions are distributed to intelligent field devices. That way, a flexible automation system which can be adapted easier to new circumstances can be built. Today s established engineering approaches are focused on centralized systems and therefore they are of limited suitability for decentralized structures. Due to this, there is a need for new engineering approaches to simplify the engineering process of decentralized systems. Challenges In order to simplify the engineering process for decentralized systems, in this project a model-based engineering concept for modeling control- and condition-monitoringfunctions for intelligent field devices will be developed. Here, the focus is on integration into existing approaches (e.g. IEC61131). Furthermore, an analysis framework will be developed in order to verify and optimize the model. The focus here lies on the validation of the communication behavior of the distributed system. The result of this project will be an engineering concept and a prototype for developing and verifying automation systems based on decentralized intelligent field devices. Additional Benefits Efficient engineering of decentralized automation systems Integration of intelligent field devices in existing engineering environments Condition-Monitoring functionality on device level Gefördert durch / Funded by Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) FKZ: 02PQ2091 Projektträger / Project Management Projektträger Karlsruhe (PTKA PFT) Professor / Professor Prof. Dr. Oliver Niggemann oliver.niggemann@hs-owl.de Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Mitarbeiter / Member of staff B.Sc. André Mankowski Verlagerung der Steuerungsfunktionen in eine verteilte Intelligenz Shift of control functions in a distributed intelligence Engineering- und Analyse-Konzept Engineering- and analyze-concept 38 Jahresbericht 2012 annual report